تکنولوژی
فناوری جدید باتری خودروهای الکتریکی آمریکا ۹۸٪ ظرفیت ذخیره‌سازی را پس از ۵۰۰ چرخه شارژ حفظ می‌کند
دانشمندان آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی آمریکا پیشرفت مهمی در فناوری باتری‌های لیتیوم-یونی بدست آورده‌اند. طراحی جدید با کاتد دو گرادیانی می‌تواند عملکرد باتری را بهبود بخشد و هزینه‌ها را کاهش دهد و ممکن است به تسریع پذیرش خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی شبکه کمک کند. این طراحی ضمن حفظ ثبات و کاهش کوبالت، عملکرد شارژ و تخلیه سریع را بهبود می‌بخشد و تحمل حرارتی و ایمنی را افزایش می‌دهد.
دانشمندان در آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده اعلام کردند که پیشرفت قابل‌توجهی در تکنولوژی باتری‌های لیتیوم-یونی به‌دست‌آورده‌اند. طراحی جدید آنها که شامل یک کاتد دو گرادیانی است، وعده می‌دهد که عملکرد باتری را به‌شدت بهبود می‌بخشد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. این می‌تواند به‌طور بالقوه پذیرش خودروهای الکتریکی (EV) و ذخیره‌سازی انرژی شبکه را تسریع کند. این نوآوری بر اساس شکافی است که در سال ۲۰۱۲ آرگون ایجاد کرد، جایی که پژوهشگران یک کاتد با گرادیان ترکیبی توسعه دادند که چگالی انرژی و دوام را افزایش داد. "تیم ترکیب نیکل، منگنز و کبالت در ذرات کاتد را به‌طور دقیق تنظیم کرد تا ویژگی‌های مفید این فلزات بهینه‌شده»، به گفته بیانیه مطبوعاتی. طراحی جدید دو گرادیانی با وارد کردن گرادیان‌های ساختاری به‌علاوه گرادیان‌های ترکیبی یک لایه پیچیدگی اضافی اضافه می‌کند. این پیکربندی خاص چندین مزیت ارائه می‌دهد. سطح ناآرام پایداری را افزایش می‌دهد و از ترک خوردن جلوگیری می‌کند که مشکل شایعی در عملیات باتری‌های ولتاژ بالا است. در عین حال، هسته مرتب حمل و نقل لیتیوم-یونی را حفظ می‌کند که برای شارژ و تخلیه سریع ضروری است. "برای جایگزینی خودروهای برقی با وسایل نقلیه بنزینی در مقیاس جهانی، باتری‌ها باید بتوانند در ولتاژهای بالا عمل کنند تا انرژی بیشتری ارائه دهند و برد رانندگی بیشتری را فراهم کنند، "به گفته خلیل امین که تیم فناوری باتری پیشرفته آرگون را رهبری می‌کند. "در همان‌حال، آنها باید ایمن بمانند و هزینه کمتری برای تولید داشته باشند." برای اعتبارسنجی عملکرد این کاتد جدید، تیم پژوهشی مجموعه‌ای جامع از آزمایشات را انجام دادند. این آزمایش‌ها شامل آزمایشات پرتو ایکس، الکترون، و تصویربرداری در مراکز مختلف وزارت انرژی، مانند منبع فوتون‌های پیشرفته آرگون و مرکز برای مواد نانومقیاس، و همچنین منبع نور سنکروترون ملی آزمایشگاه ملی بروکهاون بود. آزمایش‌ها عملکرد برتر کاتد دو گرادیانی را تأیید کردند. ذرات ثبات ساختاری و شیمیایی عالی در عملکرد ولتاژ بالا نشان دادند. "پس از شارژ و تخلیه ماده ۵۰۰ بار، تنها حدود ۲٪ از ظرفیت ذخیره‌سازی خود را از دست دادند»، به گفته بیانیه مطبوعاتی. علاوه بر این، طراحی جدید به‌طور قابل توجهی میزان کبالت موردنیاز را کاهش می‌دهد. کبالت ماده‌ای کمیاب و گران قیمت است که اغلب از طریق عملیات معدنی مضر زیست‌محیطی استخراج می‌شود. با متمرکز کردن بیشتر کبالت بر روی سطح ذرات، پژوهشگران توانستند میزان کل کبالت در کاتد را کاهش دهند. "درصد کبالت در داخل ذرات کمتر از ۲٪ بود - پایین از ۱۰ تا ۲۰٪ در طراحی اصلی"، به گفته پژوهشگران. "ما قصد داریم سطح کبالت را تا ۱٪ کاهش دهیم"، به گفته امین. «این به ما کمک می‌کند تا باتری‌ها را بسیار پایدارتر کنیم." علاوه بر پایداری افزایش‌یافته و کاهش محتوا کبالت، طراحی جدید کاتد همچنین تحمل حرارتی بهبود یافته‌ای نشان می‌دهد. این برای اطمینان از ایمنی در عملیات ولتاژ بالا ضروری است. آزمایشگاه ملی آرگون این طراحی نوآورانه و فرآیند تولید را به‌ثبت رسانده است. این پیشرفت انقلابی در فناوری باتری قرار است تأثیرات گسترده‌ای بر صنعت خودروسازی و انرژی داشته باشد و راه را برای آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر هموار کند. "این ماده دستاوردی همه‌جانبه برای باتری‌ها به‌نمایندگی می‌کند»، به گفته امین. "این دارای ظرفیت ذخیره‌سازی بالاتر، استحکام بالای ثباتی و تحمل حرارتی در ولتاژهای بالا و عمر طولانی‌تر است. چگالی انرژی بالای آن امکان تولید باتری‌های کوچک‌تر و کم‌هزینه‌تر را فراهم می‌کند که از پذیرش گسترده خودروهای الکتریکی و باتری‌های شبکه‌ای حمایت می‌کند. طراحی و فرآیند تولید ما آماده دریافت مجوز توسط صنعت است."
